POVZETEK

Izbira optimalne prevleka za orodja za kovinsko žigosanje v avtomobilski industriji je pomembna inženirska odločitev, ki uravnava trdoto, zdrsnost in obdelovalno temperaturo, da se prepreči okvara orodja. Medtem ko PVD (fizikalno nanos iz pare) —zlasti AlTiN in TiAlN—postaja sodobni standard za Napredno visokotrdno jeklo (AHSS) zaradi nizke obdelovalne temperature (<500 °C) in visoke žilavosti, starejše tehnologije, kot je TD (termalna difuzija) ostajajo zlati standard pri izjemni odpornosti proti zalepljanju pri uporabi nerjavnega jekla. Za najzahtevnejše aplikacije z visokimi obremenitvami Duplikatne prevleke (plazemsko nitridiranje, ki mu sledi PVD) ponujajo nadgradnjo podpore, da se prepreči pojav »lupine«. Uporabite ta vodnik za pravilno uskladitev specifikacij prevlek s svojim materialom in količino proizvodnje.

Glavne tehnologije prevlek: PVD proti CVD proti TD

V avtomobilski industriji za žigosanje tekmuje trije prevladujoči tipi površinskih obdelav. Razumevanje termodinamičnih in mehanskih razlik med njimi je bistveno za napovedovanje življenjske dobe orodja in dimensionalne stabilnosti.

1. PVD (fizikalna odlaganja iz pare)

PVD je trenutno najbolj vsestranska tehnologija za natančna orodja za avtomobilsko industrijo. Vključuje kondenzacijo kovinske pare (titan, krom, aluminij) na površino orodja v vakuumu pri relativno nizkih temperaturah (običajno 800°F–900°F / 425°C–480°C). Ker je temperatura obdelave nižja od temperature popuščanja večine orodnih jekel (kot so D2 ali M2), PVD ohranja trdoto podlage in dimenzijsko natančnost.

Po Eifeler , napredne različice PVD, kot je AlTiN (aluminijev titanijev nitrid) ponujajo vrednosti trdote, ki presegajo 3.000 HV, ter odpornost proti oksidaciji do 900 °C, kar jih naredi idealnimi za visoke temperature, ki nastanejo pri žiganju AHSS.

2. CVD (kemično odlaganje iz pare)

CVD ustvari prevleko s kemično reakcijo na površini, pri čemer se običajno zahtevajo veliko višje temperature (~1.900°F / 1.040°C). To visoko toploto naredi potreben ciklus vakuumske toplotne obdelave po prevleka za obnovo osnovne trdote orodja, kar pomeni znatno tveganje deformacije dimenzij. CVD pa zagotavlja odlično oprijemljivost in omogoča enakomerno prevlekanje kompleksnih geometrij, vključno s slepimi luknjami, ki jih lahko postopek PVD zaradi svojega delovanja vzdolž vidne linije spregleda.

3. TD (Toplotna difuzija)

Pogosto imenovan postopek »Toyota Diffusion«, proces TD (ali TRD) ustvari plast vanadijevega karbida s pomočjo solne kopeli za difuzijo. Kot je opaženo Izdelovalec , prevleke TD dosegajo izjemno trdoto (~3000–4000 HV) in so kemično inertne, zaradi česar so praktično neobčutljive na lepljenje (zalivanje) pri oblikovanju nerjavnega jekla ali debelih visoko trdnih nizko zlitih (HSLA) jekel. Podobno kot pri CVD tudi visoka temperatura obdelave zahteva toplotno obdelavo po prevlekanju.

Prilagoditev prevlek delovnim materialom

Uspeh žigosanja pogosto zavisi od tribološke združljivosti med prevleko in limom. Neuskladitev lahko povzroči hitro katastrofalno okvaro.

Napredno visokotrdno jeklo (AHSS)

Žigosanje AHSS (trdnost pri raztezanju >980 MPa) ustvarja ogromne lokalizirane tlake in toploto. Standardne prevleke TiN tukaj pogosto odpovejo. Prednost v industriji ima PVD AlTiN aLI TiAlN dodajanje aluminija oblikuje trdno oksidno plast na površini med uporabo, kar dejansko izboljša odpornost proti toploti. Navodila za AHSS podatki kažejo, da čeprav kromiranje zdrži približno 50.000 udarcev, pravilno izbrani PVD ali Duplex premazi podaljšajo življenjsko dobo orodja na več kot 1,2 milijona udarcev.

Aluminijeve zlitine (seriji 5xxx/6xxx)

Aluminij je znan po »lepilnem obrabljanju«, pri katerem se mehak aluminij prilepi na površino orodja (pojav, ki je znan kot hladno varjenje). AlTiN je tu slaba izbira, ker ima aluminij v premazu afiniteto do aluminijaste pločevine. Namesto tega določite DLC (diamantno podobna ogljikova prevleka) aLI CrN (kromov nitrid) dLC ponuja izjemno nizek koeficient trenja (0,1–0,15), kar omogoča aluminiju, da drsi brez lepljenja.

Galvaniziranega jekla

Zbiranje cinka je glavni vzrok okvare pri žiganju pocinkanega pleha. Standardni PVD premazi lahko včasih poslabšajo to, če je njihova površinska hrapavost previsoka. Ionsko nitridiranje ali določeni polirani CrN premazi priporočljivo je, da se preprečijo kemične reakcije s plastjo cinka.

Za upravljanje teh materialnih parov ni potrebna samo prava premaz, temveč tudi proizvajalec, ki je sposoben natančno izvajati celoten proizvodni cikel. Za avtomobilske programe, ki zahtevajo strogo spoštovanje svetovnih standardov, podjetja, kot so Shaoyi Metal Technology izkoriščanje postopkov, certificiranih po IATF 16949 za upravljanje vsega od hitrega izdelave prototipov do žigovanja velikih količin, s čimer se zagotovi, da se teoretične koristi teh naprednih premazov uresničijo v dejanski proizvodnji.

"Efikat jajčne lupine" in izbira substrata

Pogosta napačna misel je, da močnejše premazovanje popravi mehko orodje. V resnici se pri uporabi supertrdega premaza (3000 HV) na standardni mehki jeklenu za orodje (kot je neobdelan D2) pojavi "efekt jajčne lupine". Pod visokimi kontaktnimi obremenitvami avtomobilskega žigosanja se mehka podlaga elastično deforma, zaradi česar se krhka, trda premaz na vrhu razpoke in razbije, podobno kot se razpoke jajčne lupine, ko se jajce v notranjosti stisne.

Rešitev: Duploksne prevleke.
Za preprečevanje tega pojava inženirji določijo »duploksno« obdelavo. Ta postopek se začne z plazemskim ionskim nitridiranjem za utrjevanje površine orodne jeklene podlage do globine približno 0,1–0,2 mm, pri čemer nastane nosilni gradient. Nato se nanese PVD prevleka. Utrjena podplast podpira prevleko, kar omogoča, da ta prenese ekstremne udarne obremenitve, ki so tipične za visokohitrsko žigosanje.

Poleg tega standardno orodno jeklo D2 vsebuje velike karbidne strukture, ki lahko služijo kot točke loma. Pri prevlečenih orodjih MetalForming Magazine priporoča nadgradnjo na Jekla iz prašnih kovin (PM) (na primer CPM M4 ali Vanadis). Finerja in enakomerna porazdelitev karbidov v PM jeklih zagotavlja odlično sidrišče za prevleke ter znatno izboljšano žilavost.

Kazalniki zmogljivosti in analiza odpovedi

Razpoznavanje kako orodje odpove, je prvi korak pri izbiri ustrezne popravljene prevleke. MISUMI inženirske študije poudarjajo tri različne načine odpovedi:

• Abrazivna obraba: Površina orodja je fizično poškodovana ali obrabljena. Popravek: Povečajte trdoto prevleke (zamenjajte TiN z AlTiN ali TD).
• Lepljiva obraba (zagozditve): Material obdelovanca se zvari na orodje. Popravek: Povečajte zdrsni učinek/zmanjšajte trenje (preklopite na DLC ali dodajte suho mazivo WS2 kot zgornjo prevleko).
• Lupljenje/razpokanje: Prevleka ali rob orodja puca. Popravek: Prevleka je morda preveč debela ali podlaga preveč krhka. Preklopite na bolj obstojno prevleko (nižja vsebnost aluminija) ali dvojno obdelavo na bolj obstojni PM jekleni podlagi.

Optimizacija za dolgo življenjsko dobo orodja

Ni enega samega »najboljšega« prevlečenja za vse avtomobilske matrice. Optimalna izbira je vedno odvisna od oblike odpovedi, ki jo želite preprečiti, in materiala, ki ga oblikujete. Za splošno žigosanje AHSS je industrijski standard PVD AlTiN na podlagi PM jekla. Pri ekstremnih težavah z zalepljanjem pri nerjavnem jeklu ostaja TD nepremagovano. S sistematičnim prilagajanjem lastnosti prevleke – trdote, koeficienta trenja in toplotne stabilnosti – vašim specifičnim proizvodnim spremenljivkam lahko trajanje orodij spremenite iz vzdrževalnega problema v konkurenčno prednost.

Pogosta vprašanja

1. Katero je najboljše prevlečenje za žigosanje AHSS?

Za večino aplikacij naprednih visoko trdnih jekel (AHSS) so AlTiN (aluminijev titanijev nitrid) aLI TiAlN PVD prevleke prednostne. Ponujajo visoko trdoto (~3400 HV) in odlično toplotno stabilnost. Za najzahtevnejše aplikacije (jekla 1180 MPa+) se priporoča Duplexna prevleka (nitridiranje + PVD) na podlagi PM orodnega jekla, da se prepreči porušitev podlage.

2. Kakšna mora biti debelina PVD prevleke za žigosne matrice?

Standardne PVD prevleke za žigosanje se običajno nanašajo s debelino 3 do 5 mikronov (0,0001–0,0002 palca). Debelejše prevleke grozijo odluščevanju zaradi visokih notranjih tlačnih napetosti, tanjše pa se lahko predčasno obrabijo. Večplastne prevleke je včasih mogoče nanesti nekoliko debeleje, ne da bi pri tem trpela oprijemljivost.

4. Ali je mogoče ponovno prevleči žigo brez odstranitve stare prevleke?

Splošno velja, da ni mogoče. Staro prevleko je treba kemično odstraniti, preden se nanese novo plast, da se zagotovi pravilen oprijem in dimenzijska natančnost. Nanášanje PVD prevleke prek stare, obrabljene prevleke pogosto povzroči luščenje in slabšo zmogljivost. Večino PVD prevlek je mogoče kemično odstraniti, ne da bi poškodovali podlago iz orodne jeklene zlitine, kar omogoča večkratno uporabo.